Спосіб визначення середньої температури заготовок в печі графітації

Кор исна мо де ль на лежи ть до вимір юва льн о ї те хнік и та може бути використана для визначення середньої температури заготовок в печах графітації постійного струму. Одним з параметрів, що характеризують процес графітації, є температура заготовок в печі. За цією температурою можна відслідковува ти процеси, які відбуваються при нагріванні заготовок, а при досягненні її кінцевого значення 2500-3000°С і відпо ві дній ви тримці за ча сом визна ча ють за ве р шення проце су графітації. Найбіль ш близьким до пропоно ван ого рі шення є спо сіб визна чення температури заготовок в печі графітації, при якому до початку кампанії графітації визначають розміри керна і теплофізичні властивості заготовок, а під час кампанії вимірюють кількість підведеної електри чної енер гії [Знамеровский В.Ю. Математическое моделирование процесса графитации. - М.: Металлургия, 1994г., 64с, С24-25; 31-39]. Температур у заготовок в печі для будь-якого моменту часу к а мп ан і ї гр а фі тац і ї визн а ча ють ро з в'яз ан ням си стеми н е ста ці он ар ни х диференційних рівнянь теплопровідності з внутрішніми джерелами енергії та граничними умовами методом елементарних енергетичних балансів. Спосіб дозволяє досліджувати теплові процеси печі графітації, але через великий обсяг розрахунків не придатний для використання в реальному часі (наприклад, термін розрахунку для процеса графітації тривалістю 50-60 годин перевищує 2 години). В осно ву корисно ї моделі по ставлено за да чу вдосконалення способу визначення температури заготовок в печі графітації таким чином, щоб можна було оперативно визначати середню температуру заготовок в печі графітації для будь-якого моменту часу кампанії графітації в залежності від кількості підведеної електроенергії та відомих розмірів керна і теплофізичних властивостей заготовок. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення середньої температури заготовок в печі графітації, при якому до початку кампанії гравітації визначають розміри керна і теплофізичні властивості заготовок, а під час кампанії вимірюють кількість підведеної електричної енергії, відповідно до пропонованої корисної моделі новим є те, що для будь-якого моменту часу кампанії графітації визначають безрозмірну температуру заготовок відповідно до залежності: q = -0,0024 + 0,0847F0 ; для F0 £ 0,205 ; (1) або q = 0,0097 + 0,0255F0 ; для F0 >0,205, (2) де q - безрозмірна температура заготовок; F0 - число Фур'є, і по її величині розраховують середню температуру заготовок. Залежність безрозмірної температури заготовок у керні q від числа Фур'є F0 (безрозмірного часу) устано влена на осно ві рез ульта ті в експериментальних до слі джень і ма тема ти чно го моделювання темпера турно -тепло во го режим у п ро цесу гр а фі та ці ї в п еча х опор у по спе ціа льно ро зроб лені й про грамі з використанням ЕОМ. На підставі даної залежності з використанням відомих сп і вві дн о шен ь для ви зн а че нн я q і F0 о пе ра ти вн о виз н а ча ють сер е дн ю температур у заго товок у керні й у будь-який момент часу оцін юють їхній температурний стан у пе чі гра фі тації. Чи сло Фур 'є F0 та бе з р оз мі р н у те м пе р а тур у q виз н а ча ють з а співвідношенням, відомим із [„Обжиг и пуск алюминиевых электролизеров» Б.С.Громов, Е.Н.Панов, М.Ф.Боженко и др.;. - М.: Руда и металлы, 2001г., с.112.] l×t F0 = 3600 , (3) c × r × h2 де с - пи тома масо ва теп лоємні сть, Дж/(кг К), r - густи на ма те ріалу за го то вок, кг/м3 t (t ) × h × t × l q= , (4) 1000× P(t ) де t - поточний час, год.; t - середня температура, °С; Р - кількість підведеної електроенергії, кВт год; h визначальний розмір, м; l - середня теплопровідність, Вт/(м К). Приклад визначення середніх температур електродних заготовок. Під час формування керна печі графітації постійного струму визначають його геометричні розміри. Теплофізичні властивості електродних загото вок при різних температурах вибираємо з довідкової літератури. Обчи слюють визначальний розмір h керна печі. За визначальний розмір можна прийняти еквівалентний діаметр керна, тобто 4F 4H× b 2H× b h= = = , u 2(H + b) (H + b) де F - площа поперечного перетин у керна, м 2 ; u - стр умопровідний периметр керна, м;H і b - висо та й ширина керна відпо відно , м. Для поточного моменту часу t на основі інформації про попередні кампанії графітаці ї приймають орієн то вн у се редню темпера туру за го то вок, за якою визначають їх середню теплопровідність l і середню об'ємну теплоємність с r , Дж/(м 3 К), а потім за формулою (3) обчислюють число Фур'є F0 . За залежністю (1) або (2) обчислюють безрозмірну середню температур у електродних загото вок у печі q . Для п о то чн о го мо ме н ту ча с у t ви м і р юють к і льк і сть пі две де но ї електроенергії Р( t ) і зі співвідношення (4) визначають середню температуру: 1000 × q × P(t) t(t) = h× t× l Отримане значення вважають попередньою оцінкою середньої температури заготовок у печі. Для визначеної оціночної середньої температури уточнюються величини l , с r , F0 , q і оста то чно ви зн а ча ють се ре дн ю темпе ра тур у з а го то вок t( t ) в послідовності, описаній вище. Таким чином, спосіб, що зая вляється, баз ується на використанні прости х рівнянь, роз в'язання яких не потребує значни х обчи слювальни х ресурсі в і відбувається дуже швидко, що дозволяє оперативно оцінювати температурний стан загото вок у керні печі графі тації і да є можливість використовува ти його для розрахунків в реальному часі.